根據(jù)子代性狀分離比規(guī)律巧解自由組合定律試題

祝遠(yuǎn)超 萬映芳 肖雄飛

遺傳的基本規(guī)律是人教版高中生物學(xué)教材《遺傳與進(jìn)化》中最重要的內(nèi)容，也是歷年高考的核心考點(diǎn)之一，尤其是基因的自由組合定律.而多數(shù)自由組合定律試題的突破口是雜合子自交后代性狀分離比的比值之和.那么，雜合子自交后代性狀分離比的比值之和究竟有何玄機(jī)？如何根據(jù)它來快速、準(zhǔn)確地解答自由組合定律試題呢？

一、雜合子自交后代性狀分離比比值之和的規(guī)律

在遵循基因的分離定律、自由組合定律及無致死現(xiàn)象的條件下，雜種F1自交后代性狀分離比比值之和的規(guī)律見表1.

由表1可知，在遵循孟德爾定律及無致死現(xiàn)象的條件下，當(dāng)雜種F1含n對等位基因時(shí)，其自交后代性狀分離比的比值之和為4n.為什么會存在這樣的規(guī)律呢？因?yàn)楹琻對等位基因的雜合子F1可產(chǎn)生2n種配子且比例相等，雌雄配子均是如此.受精時(shí)，雌雄配子隨機(jī)結(jié)合，雌雄配子的結(jié)合方式有2n×2n=4n種.因此，含n對等位基因的雜合子F1自交，F(xiàn)2性狀分離比的比值之和為4n.

上述規(guī)律也可表示為：Nn=4n（n表示等位基因?qū)?shù)，Nn表示含n對等位基因的雜合子自交后代性狀分離比的比值之和）.該規(guī)律可用數(shù)學(xué)歸納法證明如下：

①當(dāng)n=1時(shí)，上面已證;

②設(shè)n=k時(shí)，Nk=4k，即AaBbCc……Kk（共k對等位基因）自交后代性狀分離比的比值之和為4k.

那么當(dāng)n=k+1時(shí)，AaBbCc……KkXx（共k+1對等位基因）中第k+1對等位基因Xx自交后代性狀分離比的比值之和為4（上述已知），而其前k對等位基因AaBbCc……Kk自交后代性狀分離比的比值之和為4k，故AaBbCc……KkXx自交后代性狀分離比的比值之和為4×4k=4k+1.

由①、②可知，含n對等位基因的雜合子自交后代性狀分離比的比值之和Nn=4n對任意自然數(shù)n都成立.

上述公式的適用范圍：①n（自然數(shù)）是雜合子F1含有的等位基因?qū)?shù);②n2時(shí)，n對等位基因必須位于n對同源染色體上，即遵循基因的自由組合定律;③無致死現(xiàn)象.

上述規(guī)律也可逆推，即若雜合子自交后代性狀分離比比值之和為4n，則該性狀至少受n對獨(dú)立遺傳的等位基因控制（因?yàn)橹荒芸隙ㄔ撾s合子中含有n對等位基因，其是否含有相同基因及相同基因?qū)?shù)無法確定，如某雜合子自交后代性狀分離比比值之和為43時(shí)，其基因型可能為AaBbCc，也可能為AaBbCcDD或AaBbCcDDee……）.此種情形雖在理論上不能肯定等位基因的對數(shù)，但在具體解題時(shí)若題中無其他能確定等位基因?qū)?shù)的信息時(shí)，通常是按一般情況處理的，即認(rèn)為該性狀受n對等位基因控制.當(dāng)然，在解選擇題及簡答題時(shí)也可按至少n對等位基因進(jìn)行分析.

二、根據(jù)性狀分離比比值之和的規(guī)律巧解自由組合定律試題

高考遺傳題中性狀分離比比值之和常見的有42、43和44，下面分別舉例說明如何根據(jù)上述規(guī)律來巧解相應(yīng)的試題.

1.根據(jù)Nn=4n巧解性狀分離比比值之和為42類試題

例1 （2010年全國卷Ⅰ，33節(jié)選）現(xiàn)有4個(gè)純合南瓜品種，其中2個(gè)品種的果形表現(xiàn)為圓形（圓甲和圓乙），1個(gè)表現(xiàn)為扁盤形（扁盤），1個(gè)表現(xiàn)為長形（長）.用這4個(gè)南瓜品種做了3個(gè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下：

實(shí)驗(yàn)1：圓甲×圓乙，F(xiàn)1為扁盤，F(xiàn)2中扁盤∶圓∶長=9∶6∶1

實(shí)驗(yàn)2：扁盤×長，F(xiàn)1為扁盤，F(xiàn)2中扁盤∶圓∶長=9∶6∶1

實(shí)驗(yàn)3：用長形品種植株的花粉分別對上述兩個(gè)雜交組合的F1植株授粉，其后代中扁盤：圓：長均等于1∶2∶1.

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，請回答：

（1）南瓜果形的遺傳受________對等位基因控制，且遵循________定律.

（2）若果形由一對等位基因控制用A、a表示，若由兩對等位基因控制用A、a和B、b表示，以此類推，則圓形的基因型應(yīng)為________，扁盤的基因型應(yīng)為________，長形的基因型應(yīng)為________.

解析 實(shí)驗(yàn)1中F2的性狀分離比比值之和為24（ 9+6+1=16），由上述規(guī)律可知，南瓜果形的遺傳至少受2對等位基因控制;同理，實(shí)驗(yàn)2也是如此.而這2個(gè)實(shí)驗(yàn)中F1的表現(xiàn)型相同（均為扁盤），F(xiàn)2的表現(xiàn)型和比例也相同（扁盤∶圓∶長=9∶6∶1），說明這2個(gè)實(shí)驗(yàn)所涉及的幾對等位基因相同，故該南瓜果形的遺傳受2對等位基因控制.又因9∶6∶1是9∶3∶3∶1的變式，故扁盤的基因型為A_B_（AaBB、AaBb、AABb、AABB），圓形的基因型為aaB_（aaBB、aaBb）和A_bb（Aabb、AAbb），長形的基因型為aabb.

答案：（1）2 基因的自由組合;

（2）aaBB、aaBb、Aabb、AAbb AaBB、AaBb、AABb、AABB aabb.

點(diǎn)撥：若F1自交所得F2的性狀分離比比值之和為16，則可得如下結(jié)論：

①該性狀一般受2對等位基因控制，且遵循基因的自由組合定律;

②若該性狀由2對等位基因控制，且2對等位基因分別位于2對常染色體上，則F1的基因型為AaBb（假設(shè)基因用A/a、B/b表示;若有基因位于性染色體上，則做相應(yīng)變化即可）;且比值是9的表現(xiàn)型對應(yīng)基因型為A_B_，比值是1的表現(xiàn)型對應(yīng)基因型為aabb.

針對性訓(xùn)練1 （2010年新課標(biāo)卷Ⅰ，33改編）某種自花受粉植物的花色分為白色、紅色和紫色.現(xiàn)有4個(gè)純合品種：l個(gè)紫色（紫）、1個(gè)紅色（紅）、2個(gè)白色（白甲和白乙）.用這4個(gè)品種做雜交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下：

實(shí)驗(yàn)1：紫×紅，F(xiàn)1表現(xiàn)為紫，F(xiàn)2表現(xiàn)為紫∶紅=3∶1;

實(shí)驗(yàn)2：紅×白甲，F(xiàn)l表現(xiàn)為紫，F(xiàn)2表現(xiàn)為紫∶紅∶白=9∶3∶4;

實(shí)驗(yàn)3：白甲×白乙，F(xiàn)l表現(xiàn)為白，F(xiàn)2表現(xiàn)為白;

實(shí)驗(yàn)4：白乙×紫，F(xiàn)l表現(xiàn)為紫，F(xiàn)2表現(xiàn)為紫∶紅∶白=9∶3∶4.

請根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果回答下列問題：

（1）該植物花色的遺傳受________對等位基因控制，且遵循________定律.

（2）若該植物的花色由A/a、B/b……控制，則白花的基因型應(yīng)為________，紅花的基因型應(yīng)為________，紫花的基因型應(yīng)為________.

參考答案：（1）2 基因的自由組合;

（2）aabb、aaBb、aaBB或 AAbb、Aabb、aabb;Aabb、AAbb或aaBB、aaBb;AaBb、AABb、AaBB、AABB.

2.根據(jù)Nn=4n巧解性狀分離比比值之和為43類試題

例2 （2017年全國卷Ⅱ，6）若某哺乳動物毛色由3對位于常染色體上的、獨(dú)立分配的等位基因決定，其中A基因編碼的酶可使黃色素轉(zhuǎn)化為褐色素;B基因編碼的酶可使該褐色素轉(zhuǎn)化為黑色素;D基因的表達(dá)產(chǎn)物能完全抑制A基因的表達(dá);相應(yīng)的隱性等位基因a、b、d的表達(dá)產(chǎn)物沒有上述功能.若用兩個(gè)純合黃色品種的動物作為親本進(jìn)行雜交，F(xiàn)1均為黃色，F(xiàn)2中毛色表現(xiàn)型出現(xiàn)了黃∶褐∶黑=52∶3∶9的數(shù)量比，則雜交親本的組合是（?? ）.

A.AABBDD×aaBBdd，或AAbbDD×aabbdd

B.aaBBDD×aabbdd，或AAbbDD×aaBBDD

C.aabbDD×aabbdd，或AAbbDD×aabbdd

D.AAbbDD×aaBBdd，或AABBDD×aabbdd

解析 此題是一道典型的遺傳學(xué)試題，其不僅考查了遺傳定律的相關(guān)知識，還考查了學(xué)生獲取信息的能力和科學(xué)思維這一核心素養(yǎng).此類試題的解題方法較多，具體如下：

首先，由題意可知，該動物的毛色由位于常染色體上的3對等位基因決定，且遵循基因的自由組合定律.根據(jù)題中的信息可得黃色的基因型為aa________或________D________，褐色的基因型為A_bbdd，黑色的基因型為A_B_dd.然后有兩種方法可得出答案：

方法1 由F2中褐色（或黑色）個(gè)體所占的比例推導(dǎo)出F1的基因型，再找出哪個(gè)選項(xiàng)中親本雜交所得F1的基因型與之相符.具體過程為：由題意可知，F(xiàn)2中褐色個(gè)體占3/64，可將其變?yōu)?/4×1/4×1/4，再對照褐色的基因型A_bbdd可確定F1的基因型為AaBbDd，最后分析4個(gè)選項(xiàng)可得知答案為D.

方法2 直接將4個(gè)選項(xiàng)代入檢驗(yàn)，找出哪個(gè)選項(xiàng)中親本雜交所得的F1自交結(jié)果為黃∶褐∶黑=52∶3∶9.經(jīng)檢驗(yàn)可知答案為D.除了上述兩種解法外，也可根據(jù)Nn=4n這一規(guī)律進(jìn)行解答，過程如下：

方法3 由題意可知，F(xiàn)2性狀分離比的比值之和為43（52+3+9=64），而該動物毛色由位于常染色體上的3對等位基因控制，且遵循基因的自由組合定律，故F1的基因型為AaBbDd.4個(gè)選項(xiàng)中只有D項(xiàng)親本雜交所得F1的基因型均為AaBbDd，故答案為D.

將上述3種方法進(jìn)行比較可發(fā)現(xiàn)，方法3比方法1和方法2要簡單得多，因?yàn)樗恍枰鶕?jù)題中信息推斷出各種表現(xiàn)型所對應(yīng)的基因型，也不需要進(jìn)行計(jì)算，只需進(jìn)行簡單分析即可，有事半功倍之效.

點(diǎn)撥 若F1自交所得F2的性狀分離比比值之和為43，則可得如下結(jié)論：

①該性狀一般受3對等位基因控制，且遵循基因的自由組合定律.

②若該性狀由3對等位基因控制，且3對等位基因分別位于3對常染色體上，則F1的基因型為AaBbCc（假設(shè)基因用A/a、B/b、C/c表示;若有基因位于性染色體上，則做相應(yīng)變化即可）.

針對性訓(xùn)練2 黑米是黑稻加工產(chǎn)品，屬于秈米或者粳米，是由禾本科植物稻經(jīng)長期培育形成的一類特色品種.有研究發(fā)現(xiàn)黑米色素為花青苷類色素，屬植物多酚類化合物，具有改善視敏度、降低冠心病發(fā)病率、抗氧化和抗癌活性的作用.不同的水稻品種的花青苷類色素含量有差別，從而表現(xiàn)黑色以外的其他色澤，水稻色澤受多對獨(dú)立遺傳的等位基因控制.現(xiàn)有一個(gè)黑色品系A(chǔ)與一個(gè)白色品系B進(jìn)行如下雜交實(shí)驗(yàn)：

A×B→F1→F2：黑色∶紫黑∶深褐∶褐色∶淺褐∶微褐∶白色=1∶6∶15∶20∶15∶6∶1

（1）這對相對性狀至少受________對等位基因控制，色素基因具有劑量效應(yīng)，米色深淺隨顯性基因數(shù)的多少而疊加，米色越深，顯性基因數(shù)越多.

（2）假設(shè)控制該性狀的等位基因分別是A、a和B、b……（按照26個(gè)英文字母排列順序從前往后選擇字母），F(xiàn)2中某深褐色個(gè)體自交后代沒有發(fā)生性狀分離，則該個(gè)體的基因型為________.

（3）F2中另一深褐色個(gè)體自交后代發(fā)生性狀分離，則該個(gè)體與白色個(gè)體雜交，后代表現(xiàn)型及比例為________.

參考答案：（1）3;（2）aaBBCC或AAbbCC或AABBcc;（3）褐色∶淺褐∶微褐=1∶2∶1.

3.根據(jù)Nn=4n巧解性狀分離比比值之和為43類試題

例3 （2011年全國新課標(biāo)卷，33）某植物的紅花和白花這對相對性狀同時(shí)受多對等位基因控制（如A、a;B、b;C、c……）.當(dāng)某個(gè)個(gè)體的基因型中每對等位基因都至少含有一個(gè)顯性基因時(shí)（即A_B_C_……）才開紅花，否則開白花.現(xiàn)有甲、乙、丙、丁4個(gè)純合白花品系，相互之間進(jìn)行雜交，雜交組合、后代表現(xiàn)型及其比例如下：

根據(jù)雜交結(jié)果回答問題：

（1）這種花色的遺傳符合哪些遺傳定律？

（2）本實(shí)驗(yàn)中，植物的花色受幾對等位基因的控制，為什么？

解析 單獨(dú)考慮每對等位基因的遺傳時(shí)均遵循基因的分離定律.在6個(gè)雜交組合中，乙×丙雜交組合中F2的性狀分離比的比值之和為44（ 81+175=256），說明該植物的花色至少受4對等位基因控制，且遵循基因的自由組合定律;同理，甲×丁雜交組合也是如此.而這2個(gè)雜交組合中F1的表現(xiàn)型相同（紅花），F(xiàn)2的表現(xiàn)型和比例也相同（紅花∶白花=81∶175），說明這2個(gè)雜交組合所涉及的幾對等位基因相同.

故該植物的花色受4對等位基因控制.

答案：（1）基因的自由組合定律和基因的分離定律（或基因的自由組合定律）;

（2）4對 ①本實(shí)驗(yàn)的乙×丙和甲×丁2個(gè)雜交組合中，F(xiàn)2的性狀分離比的比值之和均為44，均說明該植物的花色至少受4對等位基因控制;②綜合分析雜交組合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可進(jìn)一步判斷乙×丙和甲×丁2個(gè)雜交組合中所涉及的幾對等位基因相同.綜上所述，該植物的花色受4對等位基因控制.

點(diǎn)撥 若F1自交所得F2的性狀分離比比值之和為256，則可得如下結(jié)論：

①該性狀一般受4對等位基因控制，且遵循基因的自由組合定律;

②若該性狀由4對等位基因控制，且4對等位基因分別位于4對常染色體上，則F1的基因型為AaBbCcDd（假設(shè)基因用A/a、B/b、C/c、D/d表示;若有基因位于性染色體上，則做相應(yīng)變化即可）.

針對性訓(xùn)練3 若例3中甲×乙、乙×丙、乙×丁、甲×丙、甲×丁和丙×丁依次為實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3、實(shí)驗(yàn)4、實(shí)驗(yàn)5和實(shí)驗(yàn)6，其他條件不變，則下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（?? ）.

A.該植物的紅花和白花這一相對性狀的遺傳遵循基因的自由組合定律

B.實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)5中F1的基因型不可能相同

C.實(shí)驗(yàn)2中F1的基因型可能是AaBbCcDd

D.實(shí)驗(yàn)5的F2中紅色的基因型可能是A_B_C_D_

參考答案：B.

總之，高考中有關(guān)基因自由組合定律的試題較多，且題干中通常告知F1自交所得F2的性狀分離比.若能抓住這一突破口并根據(jù)F2性狀分離比比值之和的規(guī)律來解題，便可達(dá)到事半功倍的效果.

（收稿日期：2021-08-02）